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Condutividade Térmica

A condutividade térmica mostra como um material transfere facilmente ou calor através de si mesmo.

Para um secador caseiro, câmara, filtro, conduto de ar ou carcaça, isto não é física abstracta. A condutividade térmica determina se o calor irá escapar para o exterior, se um ponto quente irá aparecer perto do aquecedor, quanto a parede externa irá aquecer, e se uma peça impressa irá amolecer.

Ideia Simples

O calor tende sempre a escapar de uma zona mais quente para uma mais fria. Quanto maior a condutividade térmica de um material, mais facilmente o calor passa através dele.

A taxa de transferência de calor é afetada por:

  • material;
  • espessura da parede;
  • área de contacto;
  • diferença de temperatura;
  • qualidade do contacto entre peças;
  • presença de ar, lacunas e isolamento.

Uma placa de alumínio fina pode espalhar rapidamente o calor por toda a carcaça. Uma camada espessa de lã mineral ou isolamento de espuma, pelo contrário, impede o calor de escapar.

Valores de Referência de Materiais

Os valores abaixo servem apenas para compreender ordens de magnitude. Para uma construção real, verifique a folha de dados do material específico.

Material Condutividade Térmica Aproximada, W/(m*K) O que Significa na Prática
Cobre cerca de 400 excelente condutor de calor, adequado para dissipação de calor, mas transfere rapidamente o calor para onde nem sempre é necessário
Alumínio cerca de 200-240 distribui bem o calor, útil como placa, radiador ou dissipador de calor
Aço cerca de 15-60 conduz o calor pior que o alumínio, mas parafusos e postes ainda podem ser pontes térmicas
Vidro cerca de 1 conduz o calor muito pior que o metal, mas não é isolamento no sentido convencional
Plásticos comuns cerca de 0.1-0.5 conduzem o calor mal, mas podem amolecer e ser inflamáveis
Lã mineral, fibra de vidro cerca de 0.04 reduz efectivamente a perda de calor, mas requer protecção contra pó, humidade e danos mecânicos
Poliestireno expandido / espuma de poliuretano cerca de 0.03 bom isolamento, mas perto do calor, a temperatura de funcionamento e as propriedades de incêndio são importantes
Ar cerca de 0.026 conduz o calor mal por si, mas transfere calor por convecção quando se move

A conclusão principal: metal e isolamento térmico não por um fator de dois, mas por pedidos de magnitude. Portanto, mesmo uma pequena parte de metal pode mudar significativamente o quadro térmico.

Ponte Térmica

Uma ponte térmica é um caminho através do qual o calor escapa mais facilmente do que através do resto da estrutura.

Ponte térmica clássica através de um invólucro

Fonte: Wikimedia Commons, AmisDeLaThermique, CC BY-SA 3.0

Pontes térmicas típicas:

  • parafuso de metal através de uma parede isolada;
  • placa de alumínio ligada ao invólucro externo;
  • poste de metal entre câmara quente e painel externo;
  • bloco de terminais ou fixador perto do aquecedor;
  • conduto de ar que toca directamente uma parte quente.

Uma ponte térmica nem sempre é má. Às vezes é necessária para dissipar calor de um interruptor de energia, radiador ou nó quente. O problema começa quando a ponte é acidental: a câmara perde calor, a superfície externa fica quente, e o plástico perto da ponte aquece mais do que o esperado.

Metal: Dissipador de Calor ou Aquecimento Acidental

O metal é conveniente de usar em dispositivos aquecidos:

  • como tela entre aquecedor e plástico;
  • como placa de distribuição de calor;
  • como base para montagem do aquecedor;
  • como radiador para electrónica de potência;
  • como superfície interna não inflamável.

Mas o metal não torna um dispositivo seguro automaticamente. Se uma placa de metal tocar uma zona quente e o invólucro externo, pode direcionar o calor para o exterior. Se o plástico for parafusado a ela, esse plástico pode aquecer através do fixador. Se os fios passarem através dele, perto da borda você precisa de entradas de fios, proteção contra fricção e margem de temperatura para isolamento.

Isolamento: Perda Menor, Maior Responsabilidade

O isolamento reduz a perda de calor, mas não elimina o controlo de temperatura.

Quando você isola uma câmara:

  • é mais fácil para o aquecedor elevar a temperatura;
  • a carcaça pode ficar mais fria no exterior;
  • o tempo de arrefecimento aumenta;
  • a temperatura local perto do aquecedor pode aumentar;
  • falha do ventilador ou interruptor travado torna-se mais perigoso.

Portanto, o isolamento não pode ser adicionado como uma "melhoria" sem testar novamente. Após isolamento, você precisa remedir temperaturas dentro da câmara, no aquecedor, nos fios, nos terminais e na superfície externa.

Lacuna de Ar Também Funciona

O ar estacionário conduz o calor mal. Portanto, lacunas de ar, paredes duplas e materiais de espuma podem reduzir a transferência de calor.

Mas se o ar começar a mover-se, a convecção entra em acção. Então o calor é transferido pelo fluxo de ar, não apenas por condução térmica. Portanto, uma lacuna através da qual passa um fluxo quente pode aquecer a carcaça mais do que uma parede espessa sem fluxo.

Na prática, isto significa:

  • não deixe lacunas acidentais perto do aquecedor;
  • não direccione fluxo quente directamente para plástico;
  • não trate lacunas de ar como protecção se um fluxo passa através delas;
  • verifique a temperatura em modo operacional real, não apenas num dispositivo frio.

O Que Procurar na Folha de Dados do Material

Para material perto do calor, a condutividade térmica não é a única coisa que importa.

Verifique:

  • temperatura máxima de funcionamento contínuo;
  • temperatura de amolecimento ou temperatura de deformação térmica;
  • inflamabilidade e classe de comportamento ao fogo;
  • permissibilidade de contacto com ar quente;
  • comportamento da camada de cola, folha, revestimento ou laminação;
  • recomendações do fabricante para uso;
  • disponibilidade de folha de segurança SDS/MSDS se o material pode aquecer ou ser processado.

Se um material não tem documentação clara, não o coloque perto do aquecedor e não o utilize como única protecção.

Ordem Prática de Verificação

Para carcaça, câmara ou secador, é conveniente proceder assim:

  1. Identifique a zona quente: aquecedor, saída de ar, terminais, interruptor de energia.
  2. Separe a zona quente do plástico com metal, cerâmica ou outro material adequado.
  3. Verifique onde o metal conduz o calor.
  4. Adicione isolamento apenas onde não cobre nós quentes perigosos.
  5. Meça a temperatura em vários pontos após aquecimento.
  6. Verifique o modo de falha do ventilador se o aquecedor depende do fluxo de ar.
  7. Adicione protecção de sobreaquecimento independente onde o sobreaquecimento é perigoso.

Um sensor de temperatura na câmara não mostra o quadro térmico completo. Você precisa de medições perto do aquecedor, nos fixadores, nos fios, na carcaça e em peças impressas.

Conclusão Principal

A condutividade térmica ajuda a compreender onde o calor realmente irá. O metal pode ser um dissipador de calor útil ou uma ponte térmica acidental. O isolamento pode melhorar a eficiência, mas ao mesmo tempo amplificar as consequências da falha.

Qualquer mudança na carcaça, isolamento, fixadores ou conduto de ar deve ser verificada medindo a temperatura em modo operacional real.

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